無機化學課堂教學模式改革

胡芳東　弭侃劉　福玲　高克甫　姜曉蕾

摘要：解決大學課堂“沉悶”現象和學生“抬頭難”問題的首要任務是提高學生的學習興趣。在無機化學課堂教學改革中，通過視覺化教學設計傳授基礎知識，結合無機化學領域前沿研究成果推動學生高階思維的建立，協同實現課程思政的有機融入。實踐表明，此種教學模式能夠激發學生積極思考，提升學習興趣和主動性，使學生在夯實基礎理論知識的同時，充分認識科技強國的重要性，樹立遠大的人生理想。

關鍵詞：基礎知識：前沿研究：課程思政;協同作用

文章編號：1008-0546（ 2022） 09x-0016-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.09x.004

全國教育大會和《中國教育現代化2035》中提出，堅持立德樹人，深化本科教育教學改革，讓“學生忙起來、教師強起來”，使“效果實起來”，旨在培養德、智、體、美、勞全面發展的社會主義建設者和接班人。近年來，大學課堂的“抬頭難”已成為社會關注的一個熱點問題，如何打破沉默式課堂，提高學生學習的積極性是每個高校教師所面臨的難題與挑戰。

無機化學是科學研究物質的核心基礎學科之一，是化學相關專業從高中到大學銜接的核心課程，是一門既“傳統”又“時尚”的化學專業核心課程。隨著新一輪中學化學教育的改革與推進，在高中化學的選修課本中已經出現“無機化學”的內容，如Hess定律、化學反應速率、化學平衡的移動、解離平衡、沉淀溶解平衡、核外電子排布、雜化軌道理論、價層電子對互斥理論等基礎理論。[1-4]如果不用新理論、新知識、新成果更新教學內容，很難抓住學生的學習興趣。因此，筆者認為應將無機化學領域的前沿熱點問題融入課堂教學，提高教學內容的創新性和高階性，從而激發學生的聽課熱情。然而，學時數是有限的，以臨沂大學化學專業的無機化學課程為例，課程共112學時，分兩學期完成。課程內容多，包含基本化學原理、物質結構基礎和元素及其化合物的結構與性質三部分。在有限的學時內，既要完成基礎知識的講授，又要融入最近研究成果，做好教學內容的合理編排是十分重要的，筆者嘗試從學習興趣與品德培養兩方面的協同作用對無機化學課堂教學模式進行改革（見圖1）。

此前我們也實施過讓學生課下自主閱讀文獻并分組討論，但在調研中發現，大一新生對科技論文中的最新成果十分陌生，看不懂，甚至直接放棄，收效甚微。在后續的教學中，我們將相關理論的前沿成果以圖片或者視頻的方式插入教學課件中，通過故事創建教學情境，幫助學生理解。同時我們還將家國情懷、環保理念、科研精神等融入故事中，激發學生情感，潤物無聲實現課程思政。

一、視覺化傳授基礎知識

首先，為了滿足學生的個性化學習要求，獲得更多的信息量，我們根據無機化學教學大綱，將課本所有章節內容進行合理編排，把在中學階段已經接觸到的知識放在課下自主學習，重難點部分放在課堂講解和討論，并以科技前沿知識進行內容拓展，讓課程具有創新性和高階性。表1為部分章節內容的編排。

在優選教學內容的基礎上采用恰當的視覺表征方法，將知識可視化呈現。[5]目前，大多數課本是以文字描述的形式講解知識，如果教師將這些文字原封不動地粘到PPT上，很難激發學生的學習興趣，也容易造成照本宣科的現象。因此，需要將這些枯燥的文字以視覺化的方式呈現給學生，如以“圖片+關鍵詞”或者“視頻+關鍵詞”的形式。例如：如圖2所示，在講授“碳的同素異形體”時，將碳的同素異形體種類、結構、應用以圖片和視頻的形式呈現出來;再如講授離子晶體NaCl結構的時候，引入專業軟件（如Diamond），將復雜的晶胞堆積圖畫出來，讓復雜的結構立體化、直觀化，切實加深學生對晶體結構的感官認識，加深對離子晶體中陰陽離子配位數、晶胞離子數目等概念的理解。

由于人的大腦對視覺圖像具有很高的敏感度，因此學生在學習過程中，會主動地把視覺、聯想、情感、理解等多種認知心理調動起來，增加對知識的理解深度，提高知識的理解和存儲效率，幫助學生形成高階思維能力和知識體系的高品質構建能力。[6]

二、前沿成果推動高階思維

在教學過程中，除了教會學生基礎知識外，還要將知識落腳在應用上。雖然教材中也有所涉及，但其更新速度較慢，甚至部分應用已被取代，所以教師有必要結合最新文獻報道，把基礎理論知識對應的前沿科技成果帶入課堂。

例如：圖3所示，碳的同素異形體應用廣泛，尤其是石墨烯，在能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用，被稱為未來革命性材料。在碳族元素章節學習中，可以引入一種新的全碳納米結構材料——石墨炔，它是由中國科學院化學研究所李玉良院士團隊首次合成并開辟的碳材料新領域。在氮族元素中，磷的同素異形體，除了我們熟知的白磷和紅磷，還有聚集了傳統二維材料優異性能的全能材料一黑磷，其高載流子遷移率（單層具有1000 CfI12*V-1'm-1）和可控帶隙（從0.3 eV到2.0 eV），讓黑磷在傳感器、儲能、光電等領域表現出極大的應用潛力。在配合物章節中，可以介紹當前研究熱點一金屬有機框架配合物，筆者團隊將單分散FePt與MOF或COF通過配位反應進行復合，實現藥物靶向運輸和藥物緩釋的雙重作用，從而抑制腫瘤細胞的生長。通過引入無機化學前沿領域研究來強化基礎知識的例子還有很多，需要授課教師深入挖掘;這種基礎理論與前沿研究相結合的方式有助于激發學生的好奇心，提升教學質量，對于培養學生的科研興趣，激發科技報國之心意義重大。

三、協同助力課程思政

2018年，習近平總書記在北京大學師生座談會上說“要把立德樹人內化到大學建設和管理各領域、各方面、各環節，做到以樹人為核心，以立德為根本”。在教學過程中，結合無機化學發展史、諾貝爾化學獎得主的故事、我國科學家對無機化學做出的貢獻故事等創建教學情境，將“價值引領”與“興趣導向”相結合，激發學生情感。引導學生樹立正確的人生觀、價值觀，是實現課程思政的一個有力抓手。[7]

例如，講解完CO2分子結構及其性質與用途后，介紹我國科學家為實現“碳達峰，碳中和”的重大戰略決策做出的重大科技創新與研究成果（見圖4）。把CO2還原成C2+化學品，既有望解決溫室效應，又能帶來更清潔的燃料。然而，CO2還原產物的選擇性是一個巨大挑戰，主要是由于其種類的多樣性和還原產物的還原電位相近。中國科學技術大學謝毅院士團隊設計構建了一種雙金屬位點型超薄納米片改變了關鍵反應中間體的構型，調節了反應勢壘，實現精準調控還原產物由CO變為CH4。在這項研究中，涉及了反應勢壘的調控和反應歷程改變，應用了化學反應動力學中過渡態理論的知識，讓學生體會理論知識的前呼后應，互相關聯，更好地建立知識體系。將與生活密切相關的前沿科技成果介紹給學生，開拓學生視野，能夠使學生深入認識和理解化學與當今人類生活的緊密關系，增強專業認同感和社會責任心，教育學生只有學好基礎理論，才能實現科技報國的抱負。

四、教學反饋與效果

我們每學年都通過調查問卷的方式反饋教學效果，在對所教授的2019級82名學生和2020級68名學生就學習興趣、知識獲取、能力培養、價值塑造四個方面進行的調查中，98%的學生認為學習興趣與品德培養協同的無機化學課堂教學模式對他們的學習興趣與品德的培養起到了良好的促進作用。將所學知識形象化、具體化并落地應用，能更有效地理解和記憶抽象概念;科技前沿成果的引入，提高了課堂注意力，激發了他們的科研興趣、民族自豪感和科技報國的信念。從兩級學生的期末考試成績來看，學生對于基礎知識的掌握情況較好，高階性題目也能完整作答，80分以上的占比高達74.4%，不及格的占比僅為3.1%，改革效果顯著。

在興趣的引導下，學生積極申報并成功獲批多項國家級、省級、校級大學生創新創業訓練計劃項目，每年都有學生在大學生化學實驗競賽、“互聯網+”競賽中獲獎，培養了學生創新思維能力和嚴謹的科學態度。此外，在疫情防控期間，學生身體力行，利用假期投身社區疫情防控工作，說明思想政治教育已經潛移默化深人人心。

五、結語

本教學模式以學生為中心，通過對教學內容的精心設計，視覺化傳授基礎知識，結合無機化學領域的前沿科技成果建立學生高階思維，協同實現了學習興趣與品德培養的結合。多種教學方法的實施，提高了課程的創新性和挑戰性，提高了學生的學習積極性，激發了學生的學習興趣，使學生的自主學習能力、知識掌握能力顯著提高;同時，在授課過程中融入課程思政內容，潛移默化地實現了對學生品德的培養。

參考文獻

[1]蔡蘋，胡鍇，羅威，等.無機化學教學中基礎知識與前沿研究的協同作用[J].大學化學，2021，36（7）：23-27.

[2] 劉海燕，代小平，張瑛，等.壓縮學時背景下無機化學教學改革[J].大學化學，2021，36（7）：39-45.

[3]王甫麗，劉樸，薛紅丹，等.基于中學“新課改”的大學“無機化學”教學改革探索[J].化學教育，2014，l4（8）：18-20.

[4] 李翠華，高原，朱才鎮，等.高中新課程改革后大學無機化學教學改革實踐與思考[J].化工高等教育，2016，33（2）：58-60.

[5]趙海燕，孫華.知識可視化在無機化學教學中的應用研究[J].大學化學，2022，37（1）：97-104.

[6]趙慧臣.知識可視化視覺表征意義解讀的方式[J].遠程教育，2011，29（3）：44-48.

[7]童永芬，黃智敏，邢秋菊，能力與品德同步培養的有機化學課程教學改革與實踐[J].大學化學，2021，36（3）：153-158.